Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Разумно ожидать, что такая ситуация вполне вероятна в случае узкой зоны. Такая зона возникает в результате перекрытия через посредство гибридизации орбиталей, образуемых из периодического массива атомных узлов. По мере развития неупорядо-ч и ван ия это приводит к случайному изменению энергетических уровней отдельных атомов от узла к узлу. Атомы с энергиями, близкими к средней энергии по зоне, с большей вероятностью имеют, по крайней мере, несколько соседей с аналогичной энергией, с которыми они будут перекрываться (связываться), в то время как атомы с энергиями ближе к энергиям на границах зоны с большей вероятностью изолированы от своих соседей. Поэтому сужение происходит все более последовательно в направлении среднего значения по зоне по мере увеличения неу-порядочения (а следовательно, и сужения). Отсюда происходит фазовый переход. Понятно, что начало процесса от более узкой зоны облегчает протекание локализации.
Если идти в противоположном направлении - от очень слабого к менее слабому подрежиму гибридизации 5f электронов - то мы увидим, что развивается когерентное поведение, которое приводит к узким коррелированным зонам. Путем включения двухэлектронных корреляций навязывают немагнитную (синглетную) и магнитную (триплетную) подструктуры уже узким 5f зонам (или 4f зонам в случае церия), но любой упорядоченный магнетизм будет намного слабее, чем в
Согласно измерениям (X0 = °)
1200
164
Los Alamos Science Number 26 2000
Возможная модель 6-плутония
фазе твердого раствора СЛФУ (“случайного сплава”). Возможно различное поведение в зависимости от узости 5f зон и синглетной или триплетной подзон. Одним из предельных случаев является режим тяжелых фермионов. Как показано в работах (Sheng, Cooper 1995) и (Cooper et al. 1997), характерное поведение повышенной удельной теплоемкости электронов и повышенной восприимчивости Паули в нашей трактовке этого режима имеет место при правильном масштабе энергии (температуры). Кроме того, как показано в работе (Sheng, Cooper 1995), деление на немагнитные и магнитные подзоны, которые могут перекрываться или не перекрываться, и их положение относительно энергии Ферми (химический потенциал) дают поведение диапазона отношений Уилсона, согласующееся с экспериментом для значительного числа систем с тяжелыми фермионами.
При рассмотрении термодинамического поведения тяжелых фермионов чрезвычайная узость магнитных и немагнитных подзон означает, что необходимо учитывать зависимость энергии Ферми от температуры. В нелегированном плутонии 5f зона достаточно узкая, чтобы благоприятствовать очень низкосимметричной структуре, такой как моноклинная a-структура (более подробную информацию об этом можно найти в статье “Свойства актиноидов в основном состоянии” на с. 131), но гибридизация области электронов 5f зоны с электронами других зон достаточно сильная, чтобы ^ получилась несколько более широкая 5f зона, чем это необходимо для характерной § тяжелофермионной феноменологии. X
о
Образование энтропии и самоиндуцированная о
локализация Андерсона аГ
Пусть Ef св означает вклад f электронов в энергию связывания на атом (измеряе-мую в миллиридбергах, где 1 миллиридберг = 158 кельвинам в температурном экви- 2 валенте). Тогда температура, при которой мы можем наблюдать самоиндуцированную ^ локализацию Андерсона с образованием фазы СЛФУ, рассматривая только изменение энтропии в результате разупорядочивания узлов, определяется выражением
Галок” 15iff9CB ~228?fсв . (3)
In 2
Иными словами, при этой температуре потеря энергии связывания на атом будет уравновешиваться увеличением энтропии на атом (которая равна In 2 при переходе в фазу СЛФУ, поскольку теперь каждый атом имеет два возможных состояния - орто или пара). Если бы магнитное упорядочивание произошло при температурах выше температуры, определяемой из уравнения (3), то оно благоприятствовало бы локализации (свободная энергия была бы минимальной) при более низкой температуре. То есть локализация f электронов за счет увеличения магнитного упорядочивания будет происходить при условии, что энергия f связывания не слишком высокая. В случае плутония она, очевидно, слишком высокая, а поэтому температура локализации будет слишком высокая для магнитного упорядочивания и последующей локализации за счет увеличения магнитного упорядочивания.
Стабилизация плутония с гцк структурой
Мы считаем, что переход нелегированного плутония в низкоплотную 6-фазу при температуре 592 К происходит вследствие самоиндуцированной локализации Андерсона 5f электронов, контролируемой конфигурационной энтропией случайного распределения (твердый раствор) орто (устойчивых) f5 и пара (флуктуирующих между f5 и f4) узлов плутония. Согласно уравнению (3) этот переход при 592 К соответствует потере 2,6 MRy энергии 5f связывания на атом, что согласуется с ожидаемым значением. Это значение составляет около 1% полной энергии сцепления, которая равна 255 MRy на атом плутония (Brooks et al. 1984).
Хорошо известно, что 6-плутоний становится устойчивым до низких температур при добавлении небольших количеств трехвалентных элементов группы IIIB, таких как галлий (характер фазового перехода в плутонии после легирования небольшим
